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Automated Extraction of Annual Erosion Rates for Arctic Permafrost Coasts Using Sentinel-1, Deep Learning, and Change Vector Analysis

Philipp, Marius und Dietz, Andreas und Ullmann, Tobias und Künzer, Claudia (2022) Automated Extraction of Annual Erosion Rates for Arctic Permafrost Coasts Using Sentinel-1, Deep Learning, and Change Vector Analysis. Remote Sensing, 14, Seiten 1-26. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/rs14153656. ISSN 2072-4292.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
12MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2072-4292/14/15/3656

Kurzfassung

Arctic permafrost coasts become increasingly vulnerable due to environmental drivers such as the reduced sea-ice extent and duration as well as the thawing of permafrost itself. A continuous quantification of the erosion process on large to circum-Arctic scales is required to fully assess the extent and understand the consequences of eroding permafrost coastlines. This study presents a novel approach to quantify annual Arctic coastal erosion and build-up rates based on Sentinel-1 (S1) Synthetic Aperture RADAR (SAR) backscatter data, in combination with Deep Learning (DL) and Change Vector Analysis (CVA). The methodology includes the generation of a high-quality Arctic coastline product via DL, which acted as a reference for quantifying coastal erosion and build-up rates from annual median and standard deviation (sd) backscatter images via CVA. The analysis was applied on ten test sites distributed across the Arctic and covering about 1038 km of coastline. Results revealed maximum erosion rates of up to 160 m for some areas and an average erosion rate of 4.37 m across all test sites within a three-year temporal window from 2017 to 2020. The observed erosion rates within the framework of this study agree with findings published in the previous literature. The proposed methods and data can be applied on large scales and, prospectively, even for the entire Arctic. The generated products may be used for quantifying the loss of frozen ground, estimating the release of stored organic material, and can act as a basis for further related studies in Arctic coastal environments

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/187764/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Automated Extraction of Annual Erosion Rates for Arctic Permafrost Coasts Using Sentinel-1, Deep Learning, and Change Vector Analysis
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Philipp, MariusUniversität WürzburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dietz, AndreasAndreas.Dietz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ullmann, Tobiastobias.ullmann (at) uni-wuerzburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Künzer, ClaudiaClaudia.Kuenzer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2022
Erschienen in:Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:14
DOI:10.3390/rs14153656
Seitenbereich:Seiten 1-26
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2072-4292
Status:veröffentlicht
Stichwörter:permafrost; coastal erosion; deep learning; change vector analysis; Google Earth Engine; synthetic aperture RADAR
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HGF - Programm:Raumfahrt
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Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Dynamik der Landoberfläche
Hinterlegt von: Dietz, Andreas
Hinterlegt am:03 Aug 2022 10:21
Letzte Änderung:03 Aug 2022 10:21

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